MIT Discovery Menawarkan Janji Baru untuk Transistor Komputer Nonsilicon

: Peneliti MIT telah menemukan bahwa bahan paduan yang disebut InGaAs mungkin cocok untuk transistor komputer berkinerja tinggi. Jika dioperasikan pada frekuensi tinggi, transistor InGaAs suatu hari nanti bisa menyaingi silikon. Gambar ini menunjukkan chip memori solid-state yang biasanya terbuat dari silikon. Kredit: MIT

Setelah dianggap cocok hanya untuk sistem komunikasi kecepatan tinggi, a lega yang disebut InGaAs suatu hari nanti bisa menyaingi silikon dalam komputasi berperforma tinggi.

Selama beberapa dekade, satu bahan telah mendominasi produksi chip komputer dan transistor sehingga ibu kota teknologi dunia – Silicon Valley – menggunakan namanya. Tapi pemerintahan silikon tidak bisa bertahan selamanya.

Dengan peneliti telah menemukan bahwa paduan yang disebut InGaAs (indium gallium arsenide) dapat memiliki potensi transistor yang lebih kecil dan lebih hemat energi. Sebelumnya, peneliti mengira bahwa kinerja transistor InGaA memburuk dalam skala kecil. Tetapi studi baru menunjukkan bahwa kerusakan yang nyata ini bukanlah sifat intrinsik dari material itu sendiri.

Penemuan ini suatu hari nanti dapat membantu mendorong daya komputasi dan efisiensi melebihi apa yang dimungkinkan dengan silikon. “Kami sangat senang,” kata Xiaowei Cai, penulis utama studi tersebut. “Kami berharap hasil ini dapat mendorong masyarakat untuk terus mendalami penggunaan InGaAs sebagai materi saluran transistor.”

Cai, sekarang dengan Analog Devices, menyelesaikan penelitian sebagai mahasiswa doktoral di MIT Microsystems Technology Laboratory dan Departemen Teknik Elektro dan Komputer (EECS), dengan Profesor Donner Jesús del Alamo. Rekan penulisnya termasuk Jesús Grajal dari Polytechnic University of Madrid, serta Alon Vardi dan Alamo dari MIT. Makalah ini akan dipresentasikan bulan ini di IEEE International Virtual Meeting of Electronic Devices.

Transistor adalah blok bangunan komputer. Perannya sebagai sakelar, menghentikan arus listrik atau membiarkannya berjalan, menimbulkan rentang komputasi yang luar biasa – dari simulasi iklim global hingga pemutaran video kucing di Youtube. Satu laptop bisa berisi milyaran transistor. Agar daya komputasi meningkat di masa depan, seperti yang telah dilakukan selama beberapa dekade, insinyur kelistrikan harus mengembangkan transistor yang lebih kecil dan lebih rapat. Sampai saat ini, silikon telah menjadi bahan semikonduktor pilihan untuk transistor. Tapi InGaAs telah menunjukkan saran untuk menjadi pesaing potensial.

Elektron dapat masuk ke InGaAs dengan mudah, bahkan pada tegangan rendah. Materinya “dikenal besar [electron] transpor properti, “kata Cai. Transistor InGaAs dapat memproses sinyal dengan cepat, berpotensi menghasilkan perhitungan yang lebih cepat. Selain itu, transistor InGaAs dapat beroperasi pada tegangan yang relatif rendah, yang berarti dapat meningkatkan efisiensi energi komputer. Jadi InGaAs mungkin tampak seperti bahan yang menjanjikan untuk transistor komputer, tapi ada sisi negatifnya.

Sifat transpor elektron yang menguntungkan dari InGaAs tampaknya memburuk dalam skala kecil – timbangan yang diperlukan untuk membangun prosesor komputer yang lebih cepat dan lebih padat. Masalah tersebut telah membuat beberapa peneliti menyimpulkan bahwa transistor InGaAs skala nano tidak hanya cocok untuk tugas tersebut. Tapi, kata Cai, “kami menganggapnya salah.”

Tim menemukan bahwa masalah kinerja skala kecil dari InGaAs sebagian disebabkan oleh perangkap oksida. Fenomena ini menyebabkan elektron memblok saat mencoba melewati transistor. “Sebuah transistor didukung yang berfungsi sebagai sakelar. Anda ingin bisa menyalakan tegangan dan memiliki banyak arus,” ucap Cai. “Tetapi jika Anda memiliki elektron yang terperangkap, yang terjadi adalah Anda menyalakan tegangan, tetapi Anda hanya memiliki jumlah arus yang terbatas di saluran. Jadi kemampuan untuk berubah jauh lebih rendah ketika Anda memiliki perangkap oksida.”

Tim Cai mengidentifikasi perangkap oksida sebagai penyebabnya dengan mempelajari ketergantungan frekuensi transistor – frekuensi di mana impuls listrik dikirim melalui transistor. Pada frekuensi rendah, kinerja transistor InGaAs berskala nano tampaknya menurun. Tetapi pada frekuensi 1 gigahertz atau lebih, mereka bekerja dengan baik – perangkap oksida tidak lagi menjadi penghalang. “Saat kami mengoperasikan perangkat ini pada frekuensi yang sangat tinggi, kami melihat bahwa kinerjanya sangat bagus,” katanya. “Mereka bersaing dengan teknologi silikon.”

Cai berharap penemuan timnya akan memberi para peneliti alasan baru untuk mengejar transistor komputer berbasis InGaAs. Karya tersebut menunjukkan bahwa “masalah yang harus dipecahkan sebenarnya bukanlah transistor InGaAs itu sendiri. Ini adalah masalah perangkap oksida,” katanya. “Kami yakin ini adalah masalah yang dapat diselesaikan atau direkayasa dari pertanyaan itu.” Dia menambahkan bahwa InGaAs telah menunjukkan janji baik dalam klasik maupun dalam komputasi kuantum aplikasi.

“Yang ini [research] Area tersebut tetap sangat, sangat menarik, “kata del Alamo.” Kami berkembang pesat dalam mendorong transistor ke kinerja yang ekstrim. “Suatu hari, kinerja ekstrim itu bisa datang berkat InGaAs.

Penelitian ini sebagian didukung oleh Defense Threat Reduction Agency dan National Foundation for Science.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.